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三峡水库蓄水后,香溪河库湾每年暴发不同情势的水华现象,对当地的社会经济发展带来不利影响。水华暴发过程中,水体中丰富的营养盐提供了充足的物质基础。水体营养盐来源主要包括点源、面源及内源。近年来研究发现,由于水库干流与香溪河库湾、库湾与上游来水之间存在密度差异,从而形成倒灌异重流,对库湾营养盐、叶绿素a浓度和分布产生重要影响。本论文以香溪河为研究对象,利用立面二维水流水质模型CE-QUAL-W2建立香溪河库湾水质模型,采用差分演化算法对水质模型进行自动率定,并探讨不同分层异重流背景下香溪河库湾营养盐输移分布规律和通量以及水华情势,得出的主要结果与结论如下: 1、基于差分演化算法的水质模型自动率定: 对2010年春季香溪河库湾水温、TP、TN、NO3-N和Chl-a率定的AME分别为0.1458、0.0351、0.1511、0.0863、10.711,RMS分别为0.1757、0.0425、0.1831、0.1138、12.633;对2010年夏秋季香溪河库湾水温、TP、TN、NO3-N和 Chl-a进行验证时,其平均误差分别为0.53℃、0.017mg/L、0.15mg/L、0.11mg/L、5.163mg/m3,W2模型的模拟结果与实测结果吻合较好。基于差分演化算法的水质自动率定精度较高,不仅可以节省大量时间,而且可以避免在模型率定过程中因模型使用者主观因素而产生的误差。 2、通过 CE-QUAL-W2模拟,分析不同分层异重流背景下香溪河库湾营养盐的输移规律和通量: (1)营养盐输移规律 当发生表层倒灌异重流时,干流倒灌补给营养盐随表层倒灌异重流进入库湾,随着异重流的不断发展,输移至整个库湾,对库湾营养盐造成影响。当异重流发展至稳定阶段时,库湾TN浓度整体增大,而TP浓度整体降低;干支流温差越大,表层倒灌异重流补给的营养盐对库湾水体的影响范围越大。 当发生中层倒灌异重流时,干流补给营养盐随中层倒灌异重流进入库湾,随着异重流的不断发展,输移至整个库湾,对库湾营养盐造成影响,干流水体对库湾中下游的影响程度明显大于中上游;干流水体与库湾表层水体的温度差越小,中层倒灌异重流补给的营养盐对库湾的影响范围越大。 当发生底层倒灌异重流时,底层倒灌异重流补给的营养盐对库湾水体的影响范围小于表层和中层倒灌异重流,主要影响区域为河口至库湾中游河段;干支流温差越大,底层倒灌异重流补给的营养盐对库湾水体的影响范围越大。 (2)营养盐通量 当发生表层倒灌异重流时,干支流温差越大,干流对支流营养盐输入的净瞬时通量越大,随着异重流发展,净瞬时通量随之减小。 当发生中层倒灌异重流时,在工况运行的初期,干流温度与表层温差相差越小,干流对支流输入的TN、TP净瞬时通量越大;随着时间的延长,干流对支流输入的净瞬时通量随着干流与支流表层温差的增大而增大。 当发生底层倒灌异重流时,干支流温差越大,底层倒灌异重流补给的营养盐对库湾水体的影响范围越大,TN和 TP的净瞬时通量越大,其净瞬时通量均随着异重流的发展而减小。 3、通过 CE-QUAL-W2模拟,分析了不同分层异重流背景下香溪河库湾水华情势: 表层倒灌异重流发生时,香溪河库湾的水温结构易被破坏,中上层水温趋于均匀分布,水体混合层深度增大,水体稳定性减弱,水体垂向掺混加剧,表层藻类易被带入下层水体,表层水体Chl-a浓度降低;上游来流量增大时,库湾中下游表层Chl-a浓度变化不大,库湾上游Chl-a浓度显著降低;适当泄水可以显著的抑制库湾上游的水华情势,而蓄水可以降低整个库湾的Chl-a浓度;先泄水后蓄水可以抑制库湾水华,蓄泄幅度越大库湾Chl-a浓度越低。 中层倒灌异重流发生时,XX00-XX05区域表层流速增大,浮游植物随水流输运出库湾,表层水体 Chl-a浓度降低;XX06-XX08区域受异重流影响,形成阶梯状水温分布形式,水体稳定系数增大,藻类迅速繁殖,表层水体Chl-a浓度增大;上游来流量改变对库湾下游表层 Chl-a浓度影响较小,中上游表层 Chl-a浓度随着上游来流量的增大而减小;适当增大三峡水库的蓄水幅度可以更好的抑制库湾的水华情势;先泄水后蓄水可以抑制库湾水华,蓄泄幅度越大库湾 Chl-a浓度越低。 底层倒灌异重流发生时,香溪河库湾Chl-a浓度整体偏低,水库干流水体由底层潜入库湾,库湾水体由表层流出库湾,浮游植物随水流输运出库湾,进一步降低库湾表层Chl-a的浓度;上游来流量增大时,库湾Chl-a浓度显著降低,当上游来流量进一步增大时,库湾Chl-a浓度变化较小;蓄、泄水均可以降低香溪河库湾Chl-a的浓度,随着泄水幅度的增大,库湾Chl-a浓度变化不显著,而随着蓄水幅度的增大,库湾中游Chl-a浓度随之降低;蓄泄结合可以显著降低库湾Chl-a浓度。 三峡水库蓄水对于控制支流库湾水华具有非常重要的作用;三峡水库泄水,对于支流库湾水华具有一定的抑制作用,但不能有效控制支流库湾水华。